Diesel e ambiente: uno spazzacamino per il diesel

Per la neutralizzazione dei gas di scarico di un motore a benzina applicare il convertitore catalitico. E come questa il compito di decidere nei motori?
In un motore a benzina, il convertitore catalitico converte in modo efficiente i composti tossici CO, CH, NOx in componenti innocui CO2, H2O e N2. In caso di deviazioni a breve termine della composizione della miscela aria-carburante da quella ottimale o di disturbi dell'accensione, possono comparire microparticelle di carbonio incombusto, in altre parole, fuliggine. Ma finché non ci sono gravi malfunzionamenti, la sua quota nei gas di scarico è piccola e nel convertitore viene bruciata in anidride carbonica. Non c'è fumo nero dietro un'auto con un neutralizzatore funzionante. Lo scarico diesel non è così semplice! Quando si lavora con carichi leggeri, la temperatura dei gas all'ingresso del convertitore è molto più bassa di quella di un motore a benzina e la fuliggine semplicemente non ha il tempo di bruciare. Ma è una cattiva forma emettere agenti cancerogeni nell'atmosfera, quindi il diesel ha ottenuto uno speciale filtro antiparticolato oltre al neutralizzatore. Sui motori moderni, entrambe le unità si trovano in un unico alloggiamento: un collettore di gatto situato accanto al motore. Vicino perché più vicino è vicino alle valvole di scarico, maggiore è la temperatura dei gas di scarico necessaria affinché il sistema di pulizia funzioni in modo efficiente. Schema del sistema di scarico di un motore diesel: 1 – centralina motore; 2 – sensore di flusso d'aria massico; 3 – sensore di temperatura del gas all'ingresso del turbocompressore; 4 – turbocompressore; 5 e 9 – sensori di temperatura del gas a monte e a valle del filtro antiparticolato; 6 – sensore di composizione della miscela (sensore di ossigeno a banda larga); 7 – filtro-neutralizzatore; 8 – sensore di pressione differenziale del gas; 10 – marmitta. Tuttavia, nel tempo, il filtro si riempie gradualmente di fuliggine. Affinché non ostruisca strettamente il nido d'ape, è necessario sbarazzarsene periodicamente, bruciarlo. Ci sono due modi per farlo. Nel primo caso, il sistema di controllo del motore non interferisce in alcun modo con il processo di lavoro: si tratta della cosiddetta rigenerazione passiva. Avviene ad una temperatura di almeno 350 gradi Celsius all'ingresso del filtro, in presenza di un catalizzatore – platino applicato ai suoi nidi d'ape in ceramica. Questi ultimi sono simili ai ben noti nidi d'ape dei moderni neutralizzatori, ma presentano una differenza significativa, mostrata in Fig. 2. I canali sono divisi in canali di ingresso e di scarico. I primi gas, aperti sul lato motore, entrano con tutto il bouquet di sostanze tossiche, compresa la fuliggine. I secondi sono aperti sul lato opposto: da loro i gas purificati dalla fuliggine vanno oltre, nel neutralizzatore. I canali sono sfalsati e separati da sottili pareti filtranti che sono impermeabili alla fuliggine (rimane negli ingressi), ma consentono il passaggio dei gas. Il loro materiale è carburo di silicio poroso, rivestito con una miscela di ossidi di alluminio e cerio, che funge da superficie di supporto per lo strato di platino. Schema dell'organizzazione dei canali (celle) del filtro antiparticolato: La fuliggine si accumula nei condotti di aspirazione e i gas, dopo aver attraversato le pareti porose, entrano nei canali di scarico. Non è sempre possibile fornire la temperatura dei gas di scarico necessaria per la postcombustione della fuliggine in un motore diesel: con carichi bassi, molta aria entra nei cilindri e c'è poco carburante! Il calore sufficiente viene generato solo quando si funziona a una potenza relativamente elevata, ad esempio a una velocità di 60-80 km/h o anche superiore. Ma questo spesso non è fattibile, soprattutto in città, e il filtro antiparticolato non si autopulisce. Se ti affidi solo ad esso, nel tempo la fuliggine ostruirà completamente i condotti di aspirazione (nidi d'ape) e i processi di lavoro nel motore verranno interrotti. Per evitare che ciò accada, è necessario eliminare la fuliggine e, per fare ciò, mantenere alta la temperatura dei gas all'interno del filtro antiparticolato. Il secondo modo per pulire il filtro è attraverso la rigenerazione attiva. Se necessario (maggiori informazioni di seguito), la centralina del motore inizia a fornire un po' di carburante aggiuntivo ai cilindri dopo la dose principale, poco prima dell'apertura della valvola di scarico. Il gasolio "extra" non ha il tempo di lavorare e vola fuori nel filtro antiparticolato, dove brucia violentemente in presenza di platino. La temperatura dei gas aumenta e la fuliggine viene bruciata praticamente al comando dell'unità di controllo. Torniamo alla Fig. 1. La centralina 1 deve decidere quando e per quanto tempo attivare la modalità di rigenerazione attiva del filtro. Ma come farà a capirlo? Molto semplicemente: dalla caduta della pressione del gas al convertitore. A tale scopo, i tubi sono incorporati su entrambi i lati, collegati al sensore di pressione differenziale 8. Quando il delta supera il valore impostato, verrà attivata la modalità di rigenerazione. Di solito dura 10-15 minuti. In realtà, non è così semplice. La pressione differenziale attraverso il filtro antiparticolato è correlata alla portata volumetrica dei gas di scarico, che a sua volta dipende dalla temperatura dei gas di scarico. Pertanto, i sensori di temperatura 5 e 9 sono installati anche prima e dopo il filtro antiparticolato. E, naturalmente, per completezza, l'unità di controllo tiene conto del flusso d'aria di massa, il cui sensore 2 si trova tradizionalmente nel tubo di aspirazione. C'è anche un sensore 3 direttamente sul tubo di scarico del motore. Monitora la temperatura dei gas di scarico all'ingresso del turbocompressore. Se si avvicina al limite oltre il quale è possibile surriscaldare e distruggere un'unità molto costosa, l'unità di controllo limiterà l'alimentazione di carburante e la temperatura scenderà. Naturalmente, la pulizia del filtro è più efficace quando i gas con un rapporto aria/carburante ottimale entrano nel filtro. L'unità di controllo monitora la composizione della miscela in base alle letture del sensore di ossigeno a banda larga (sensore di composizione della miscela) 6, che monitora il contenuto di ossigeno dei gas di scarico. Infine, dopo aver elaborato tutte le informazioni ricevute, la centralina regola l'alimentazione del carburante ai cilindri del motore. Lo stato di tutti i componenti responsabili della depurazione dei gas di scarico è monitorato dal sistema di autodiagnosi di bordo. Se rileva malfunzionamenti, accenderà il motore di controllo. Ad esempio, negli ingorghi, a causa della bassa temperatura dei gas di scarico, nonostante tutti gli sforzi della centralina, la rigenerazione non parte! Il filtro trabocca di fuliggine e il segnale con l'immagine del filtro (se previsto dal progetto) è acceso nel quadro strumenti o la spia "check engine" lampeggia. Quindi resta da provare a bruciare la fuliggine in modo passivo, guidando per dieci-quindici minuti a potenze più elevate. Se la spia non si spegne dopo, dovrai recarti agli "spazzacamini" per la manutenzione.